高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 放射性元素的衰变图文课件ppt

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在古代，不论是东方还是西方，都有一批人追求“点石成金”之术，他们试图利用化学方法将一些普通的矿石变成黄金。当然，这些炼金术士的希望都破灭了。那么，真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？
类似于“点石成金”的事一直就在自然界中进行着，这就是伴随着天然放射现象发生的原子核“衰变”过程。
原子核自发地放出 α粒子或 β粒子而转变为新核的现象。
天然放射现象中原子核自发地放出 α 射线或 β 射线，这样由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，就变成另一种原子核。 我们把这种变化称为原子核的衰变。
原子核自发放出α粒子而转变为新核的过程叫α衰变。
比如铀238核放出一个α 粒子后，质量数减少4，电荷数减少2，就变成了钍234核。
在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。大量事实表明，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
在α衰变中，新核的质量数与原来的核的质量数有什么关系？相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向前移还是向后移？要移动几位？你能概括出α衰变的质量数、核电荷数变化的一般规律吗？
在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。
发生一次α衰变，困为原子序数减小2，所以相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向前移2位。
α衰变过程中质量数守恒，核电荷数守恒。
原子核自发放出β粒子而转变为新核的过程叫β衰变。
“电荷数之和”指代数和，因为发生β衰变时，电子的电荷数是－1。
在β衰变中，质量数、核电荷数有什么变化规律？原子核里没有电子，β衰变中的电子来自哪里？
β衰变过程中质量数守恒，核电荷数守恒。
研究发现， β衰变实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子。
β衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。
发生一次β衰变，困为原子序数增加1，所以相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向后移1位。
放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。
事实表明，两个中子和两个质子能十分紧密地结合在一起，因此，在一定条件下它们会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来，即发生了α衰变。
原子核的能量也跟原子的能量一样，其变化是不连续的，也只能取一系列不连续的数值，因此，也存在着能级，同样是能级越低越稳定。
当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ射线辐射。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β、γ三种射线。
α、β、γ三种射线同时出现
放出ɑ粒子和γ射线：ɑ衰变
放出β粒子和γ射线：β衰变
说明： 1.中间用单箭头，不用等号； 2.是质量数守恒，不是质量守恒; 3.方程及生成物要以实验为基础,不能杜撰。
注意：质量数守恒指衰变前后核子的总数不变，并不是质量不变！
5、一种元素只能发生一种衰变，但在一块放射性物质中可以同时放出α、β 和 γ 三种射线。
2、放射性元素衰变不可能有单独的γ衰变！γ粒子不是带电的粒子，因此γ射线并不影响原子核的核电荷数，故γ射线不会改变元素在周期表中的位置。
3、元素的放射性与元素存在的状态无关，放射性表明原子核是有内部结构的。
4、衰变后元素的化学性质发生了变化，即：生成了新的原子核！
1、核反应指的是原子核内部核子数发生相应变化，而化学反应指的是原子核外最外层电子数发生变化，二者存在本质的不同。
【思考】设放射性元素 经过n 次α衰变和 m 次β衰变后，变成稳定的新元素 ，试分析：（1）衰变方程（2）衰变次数n 和 m
(1)核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)而释放出核能。(2)衰变方程的书写方面：衰变方程用“→”表示，而不用“＝”表示。(3)衰变方程表示的变化方面：衰变方程表示的是原子核的变化，而不是原子的变化。(4)为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数，这是因为β衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。 　
解析：α衰变时核电荷数减2，质量数减4，β衰变时核电荷数加1，质量数不变；设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：2x－y＋86＝88,4x＋222＝226，解得x＝1，y＝0，A错误；同理可判断选项C错误；BD正确。
6、衰变中的动量守恒问题
设有一个质量为M0的原子核，原来处于静止状态。当发生一次α(或β)衰变后，释放的粒子的质量为m，速度为v，产生的反冲核的质量为M，速度为V1．动量守恒关系0＝mv＋MV或mv＝－MV
α衰变和β衰变在磁场中的轨迹分析
2．在磁场中径迹的特点
【菜鸟进击—例8】在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图2所示)，今测得两个相切圆半径之比r1∶r2＝44∶1。求：(1)图中哪一个圆是α粒子的径迹？(说明理由)(2)这个原子核原来所含的质子数是多少？
　　　　　(多选)(2019·北京101中学高二下学期期末)A、B是两种放射性元素，原来都静止在同一匀强磁场，其中一个放出α粒子，另一个放出β粒子，运动方向都与磁场方向垂直。图中a、b与c、d分别表示各粒子的运动轨迹，下列说法中正确的是 (　 　)A．磁场方向一定为垂直纸面向里B．A放出的是α粒子，B放出的是β粒子C．b为α粒子运动轨迹，c为β粒子运动轨迹D．a轨迹中粒子比b轨迹中的粒子动量大
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
若放射性元素原来的质量为m0 、原子数为N0；剩余的质量m，剩余的原子数为N，半衰期为?，半衰期个数为n，经过时间t，则：
⑴元素的半衰期由原子核内部的因素决定，只与元素的种类有关，跟元素所处的物理或化学状态无关。不同元素半衰期不同。⑵半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。
氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天 镭226衰变为氡222的半衰期为1620年 铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109年
半衰期是表示放射性元素本身衰变快慢的物理量。不同元素的半衰期不同，有的差别很大。例如：
衰变的半衰期描述的对象是大量的原子核，不是个别原子核，这是一个统计规律。
比如某原子核半衰期是2天，现在有两个这样的原子核，那么过两天后是不是就剩下一个了？
放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状念和外部条件没有关系。例如，一种放射性元素，不管它是以单质的形式存在，还是与其他元素形成化合物，或者对它施加压力、提高温度，都不能改变它的半衰期。这是因为圧力.温度或与其他元素的化合等，都不会影响原子核的结构。
1、定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。
3、规律：质量数和电荷数都守恒
（人类第一次实现原子核的人工转变。 ）
2、条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。
⑴1919 年，卢瑟福发现质子的核反应。
⑵1932 年查德威克发现中子的核反应。
⑶1934 年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应。
4、原子核人工转变的三大发现
相同点：在发生过程中质量数和电荷数都守恒；反应前后粒子总动量守恒不同点：人工转变是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生衰变是原子核自发的变化，不受物理化学条件的影响
比如 俘获一个α粒子后放出1个质子：
用α粒子、质子、中子等去轰击其它元素的原子核，也都产生类似的转变。
5、人工转变与衰变的比较
指出下列核反应中的错误并更正：
很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它们被称为放射性同位素。
1、放射性同位素的分类
2、人工放射性同位素的优势（与天然的放射性物质相比）
⑵半衰期短，废料易处理。
(3)可以制成各种需要的形状。
在钢板一面，放置γ射线源，另一面放着接收装置。那么钢板越厚，接收到了射线信号越弱，根据信号强度就可以测量金属板的厚度。
——利用γ射线具有很强的穿透性
3、放射性同位素及其应用
——γ射线对细胞有很强的杀伤力
利用钴60的γ射线治疗癌症（放疗）
——γ射线遗传基因发生变异
——γ射线可以杀死细菌
医学方面：人体甲状腺的工作需要碘，碘被吸收后会聚集在甲状腺内。给人注射碘的放射性同位素碘131，然后定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的器质性和功能性疾病。
—— 同位素化学性质相同，这样就可以用放射性同位素了解各元素的流向。
棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子上，磷肥也能被吸收。 但是，什么时候的吸收率最高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等，用通常的方法很难研究。如果用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面的问题就很容易解决．
人类一直生活在放射性的环境中。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线，我们周围的岩石，其中也有放射性物质。
人类一直生活在放射性的环境中
不过这些射的强度都在安全剂量之内，对我们没有伤害。
然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这种破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。
所以使用放射性同位素质，都必须严格遵守操作规程，做好防护。防止对空气，水源等的污染。
体检时还会做X射线透视，这更是剂量比较大的照射。不过这些射的强度都在安全剂量之内，对我们没有伤害。
我们的食物和日常用品中，有的也具有放射性
生活中的放射性污染：装修建材、家居饰品
原子弹爆炸、核电站泄露会产生严重的污染。 在利用放射性同位素给病人做“放疗”时，如果放射性的剂量过大，皮肤和肉就会溃烂不愈，导致病人因放射性损害而死去。
过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用。
有些矿石中含有过量的放射性物质，如果不注意也会对人体造成巨大的危害。
然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这种破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。因此，在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时要防上放射性物质对空气、水源、用具等的污染。
第二次世界大战末的1945年8月6日，日本广岛遭美国原子弹轰炸。
1986年4月26日苏联发生切尔诺贝利核泄漏事故
核反应堆外层用厚厚的水泥来防止泄露核废料要放在很厚的重金属箱内，并埋在深海里.生活中尽量远离放射源.
核反应堆外层的厚厚的水泥建筑
用过的核废料要放在很厚很厚的重金属箱内，并埋在深海里。
在防护状态下操作放射性物质
生活中，哪些植物可以吸收放射线呢？
生活中具有放射性的物质
在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源.
在1909年的科索沃战争中。贫轴被用于战场。以美国为首的北约军队共发射了31000多枚贫铀弹。贫轴弹的使用及其带来的严重后果，引起了世人的高度关注。 所谓“贫铀”是从天然轴中提取轴235后的废料，99％以上是铀238、由于它具有低水平的放射性，故称贫铀。贫轴合金具有高密度、高强度，性的特点，用它做弹芯可以报坚固的建筑物基至坦克等装甲目标。铀弹炸后的残留物会产生一定的放射性，对人体造成危害。由于残留物分布广泛，清理困难，所以贫铀弹的使用造成了环境灾难。
C-14（“碳钟”）年代测定法，又称放射性碳定年法，就是根据C-14衰变的程度来判定古生物体的年代，该项研究获得1960年诺贝尔化学奖。要推断一块古木的年代，可以先把古木加温，制取1g碳的样品，再用粒子计数器进行测量。如果测得样品每分钟衰变的次数正好是现代植物所制样品的一半，表明这块古木经过了14C的一个半衰期，即5730年，如果测得每分钟衰变的次数是其他值，也可以根据半衰期计算出古木的年代。
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【例题1】关于天然放射现象，下列说法正确的是（　　）A.天然放射现象表明原子内部有一定结构B.升高温度可以改变原子核衰变的半衰期C.β射线是原子核外的电子形成的电子流D.三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离作用最小
天然放射现象表明原子核内部有一定结构，故A错误；原子核衰变的半衰期由自身结构决定，与物理条件和化学状态无关，故升高温度不能改变原子核衰变的半衰期，故B错误；发生一次β衰变，实际是原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，这个电子被抛射出来，故C错误；三种射线中γ射线是不带电的光子，穿透能力最强，电离作用最小，故D正确。
【例题3】(多选)地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现最古老的岩石中铀和铅含量来推算.测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半，铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间变化的规律如图所示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数.由此可以判断下列选项正确的是（ ）A.铀238的半衰期为90亿年B.地球的年龄大约为45亿年C.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶4D.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶3
3、(多选)对放射性的应用，下列说法中正确的是(　　)A.射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体正常细胞不会有伤害作用B.对有放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理C.γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制容器里，而不能随意放置D.对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的